………………………………………………………… 23

2-5-6- وضعیت گذشته و فعلی کاربید سیلیسیم ………………………………………………….. 24

2-5-7- خلاصه ای از خواص SiC ………………………………………………………………….

2-5-8- برخی کاربرد های SiC ………………………………………………………………………..

2-5-8-1- کاربرد به عنوان ساینده …………………………………………………………… 26

2-5-8-2- دیر گدازها و المنت های کوره …………………………………………………. 26

2-5-8- 3- کاربردهای الکترونی و نوری……………………………………………………. 27

2-5-8-3-1- نیمه هادی کاربید سیلیسیم ……………………………………………. 28

2-5-8-3-2- کاربرد در صنعت IC ……………………………………………………

2-6- شیشه ………………………………………………………………………………………. 28

2-6-1-تاریخچه شیشه ………………………………………………………………………….. 28

2-6-2-تعریف شیشه ……………………………………………………………………………. 29

2-7- اکسید سریم ……………………………………………………………………………….. 30

2-7-1- کاربردهای اکسید سریم ……………………………………………………………….. 31

2-8- اکسید سیلیسیم ……………………………………………………………………….. 32

2-9- ابزارهای برشی و سایند ها …………………………………………………………… 33

2-9-1- ابزارهای برشی …………………………………………………………………………. 33

2-9-2- ساینده ها ……………………………………………………………………………….. 35

2-10-ترکیب پولیش پایه سریم و فرآیند آماده سازی آن ………………………………………. 38

2-11- مشخصات اکسید سریک ……………………………………………………………….. 39

2-12- فرایند آماده سازی ترکیب ……………………………………………………………. 40

2-13- ابزارهای ساینده سرامیکی پیوند داده شده ………………………………………… 42

2-13-1- مقدمه …………………………………………………………………………….. 42

2-13-2- فرایند تولید …………………………………………………………………………….. 42

2-13-3- هدف از تولید ساینده های سرامیکی …………………………………………………… 43

2-13-4- روش ساخت ترکیبات ……………………………………………………………………….. 43

فصل سوم: روش تحقیق ……………………………………………………………………………… 44

3-1- مواد اولیه ………………………………………………………………………………………. 44

3-1-1- اکسیدسریم …………………………………………………………………………… 44

3-1-2- کاربیدسیلسیم ……………………………………………………………………………. 45

3-1-3- نانوسیلیس ……………………………………………………………………………….. 45

3-1-4- افزودنی ها ……………………………………………………………………………………. 46

3-2- تجهیزات آزمایشگاهی ……………………………………………………………………….. 46

3-2-1- هیتر …………………………………………………………………………………….. 46

3-2-2- کوره ………………………………………………………………………………………… 46

3-2-3- مگنت ………………………………………………………………………………………… 46

3-2-4- ترازو …………………………………………………………………………………………. 46

3-2-5- خشک کن ………………………………………………………………………………. 46

3-2-6- CCS ………………………………………………………………………………….

3-3- ابزار آزمایش و آنالیز نمونه ها ……………………………………………………………….. 47

3-3-1- دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) ……………………………………………………….. 47

3-3-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ……………………………………………….. 47

3-3-3- آزمایش اندازه گیری استحکام ……………………………………………………………….. 47

3-4- روش انجام آزمایش ……………………………………………………………………….. 48

3-4-1- تهیه نمونه های سری اول ……………………………………………………………….. 48

3-4-1-1- نمونه سازی مجموعه A ……………………………………………………………

3-4-1-2- نمونه سازی مجموعه B ……………………………………………………………

3-4-1-3- نمونه سازی مجموعه C ……………………………………………………………

3-4-2- تهیه نمونه های سری دوم ……………………………………………………………… 51

3-4-2-1- نمونه D …………………………………………………………………………………

3-4-2-2- نمونه ………………………………………………………………………………… 53

3-4-2-3- نمونه ………………………………………………………………………………… 53

3-4-2-4- نمونه G …………………………………………………………………………………

3-4-2-5- نمونه H …………………………………………………………………………………

3-4-3-تهیه نمونه های سری سوم ……………………………………………………….. 55

3-4-3-1- نمونه سازی مجموعه I …………………………………………………………….

3-4-3-2- نمونه سازی مجموعه J ……………………………………………………………

3-4-3-3- نمونه سازی سریK ………………………………………………………………..

3-4-3-4- نمونه سازی سریL …………………………………………………………………

3-4-3-5- نمونه سازی سری M ………………………………………………………………

3-4-3-6- نمونه سازی سری N ……………………………………………………………….

3-4-4- تعیین درصد وزنی جذب آب ………………………………………………………….. 62

3-4-5- انجام آزمایش سایش ……………………………………………………………. 63

3-4-6- استفاده از نرم افزار Image Analyzer ……………………………………………….

فصل چهارم: روش تحقیق …………………………………………………………………….. 65

4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………. 65

4-2- بررسی شکل ظاهری نمونه ها از نظر دمای پخت ……………………………………. 65

4-2-1- نتایج نمونه های سری اول ……………………………………………………………… 65

4-2-2- نتایج نمونه های سری دوم …………………………………………………………….. 66

4-2-3- نتایج نمونه های سری سوم ……………………………………………………………. 67

4-2-3-1- نمونه های پخته شده در دمای ºc750 و ºc1000 …………………………………….

4-2-3-2- نمونه های پخته شده در دمای ºc850 …………………………………………………

4-2-3-3- نمونه های پخته شده در دمای ºc1050 ……………………………………………..

4-2-3-4- نمونه های پخته شده در دمای ºc950 …………………………………………….

4-3- بررسی نتایج آنالیز XRD ……………………………………………………………………

4-3-1- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₁₅………………………………………………………

4-3-2- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₅………………………………………………………..

4-3-3- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₂………………………………………………………..

4-3-4- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₁₉………………………………………………………

4-3-5- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₁………………………………………………………

4-3-6- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₄………………………………………………………

4-3-7- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₇……………………………………………………..

4-3-8- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₁…………………………………………………….

4-3-9- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₄و I₉………………………………..

4-3-10- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₆و I₁₇…………………………….

4-4- بررسی نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM )و Image Analyzer…………..

4-4-1- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN1 ………………………………

4-4-2- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN4 ………………………………

4-4-3- بررسی نتایج SEM نمونه7N ………………………………………………..

4-4-4- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N11……………………………

4-4-5- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N14……………………………

4-4-6- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N16……………………………

4-4-7- بررسی نتایج SEM نمونه I2…………………………………………………..

4-4-8- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 ……………………………….

4-4-9- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 ……………………………….

4-5- نتایج آزمایش استحکام ………………………………………………………………. 100

4-6- نتایج آزمایش سایش ……………………………………………………………….. 101

4-7- تعیین وزن مخصوص ،درصد حجمی و درصد وزنی جذب آب ………………………. 102

فصل پنجم: نتیجه گیری ………………………………………………………………………… 103

منابع و مراجع……………………………………………………………………………….. 104

چکیده:

در این پروژه ساینده پایه سریم برای صیقل کاری روی سطح شیشه های معدنی مورد توجه قرار گرفت. از مواد اولیه اکسید سریم، اکسید لانتانیم، میکروسیلیس، اسید بوریک، کاربیدسیلسیم، فسفات، فلوراید کلسیم ، هگزا متافسفات سدیم، تری پلی فسفات سدیم، اکسید روی، سدیم متاسیلیکات استفاده گردید و با دو روش عمومی یکی استفاده از محلول و دیگری بصورت پودر خشک مورد استفاده قرار گرفتند. دمای پخت در شرایط مختلف از 450 تا 1150 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد و شرایط بحرانی برای پخت مشاهده شد که گاهی50± درجه سانتی گراد باعث عدم پخت یا بیش از حد شیشه ای شدن می گردید. در حدود 150 نمونه مختلف ساخته شد و شرایط پخت و سختی و استحکام آن ها مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی های میکروسکوپی نشانگر ساختارهای متفاوت بود که در برخی موارد، وجود بیش از حد فاز شیشه ای موجب ترک برداشتن و یا اعوجاج نمونه ها گردیده بود. آنالیز XRD فازهایی نظیر Ce₂Si₂O₇, Ce₇O₁₂SiO₂CeP₅O₁₄, SiC,CeP₂را نشان داد که در اثر واکنش اکسید سریم با سیلیس یا واکنش منابع فسفاتی و اکسید روی و نظایر آن ایجاد شده بود در نهایت ترکیب تری پلی فسفات سدیم ، نانو سیلیس، اکسید روی ،اکسید سریم و کاربید سیلیسیم در دمای پخت 950 درجه سانتی گراد انتخاب گردید که ساینده ای با خواص موردنظر در آن ایجاد شده بود.

فصل اول: مقدمه

ساخت کامپوزیت ها سال هاست که مورد توجه قرار گرفته است و برای بهبود خواصی نظیر تنش برشی، استحکام، میزان کرنش تا شکست، نوع شکست و چقرمگی بکار می روند. ساخت کامپوزیت های سرامیکی گوناگون جهت بهبود خواص، اهمیت ویژه ای دارد. بسته به کاربرد کامپوزیت، انتخاب ساختار سرامیکی و فاز جانبی مناسب آن اهمیت فراوانی یافته است. در دهه اخیر کامپوزیت های اکسیدی – غیراکسیدی توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است، اما برای انتخاب یک سرامیک اکسیدی مناسب بعنوان فاز اصلی باید به خواصی نظیر نسوزندگی و ضریب انبساط حرارتی توجه کرد. ]1[

نانوفناوری یا بکارگیری فناوری در مقیاس میلیاردم متر عبارتست از خلق مواد، قطعات و سیستمهای کارا باکنترل اندازه اجزاء ریز سازنده در حد نانومتر و در نتیجه بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید بوجود آمده در آن مقیاس. تکنولوژی نانو بعنوان یک روش نو برای سنتز مواد و ساختار های مفید دارای حداقل یک بعد در حد نانومتر، هم اکنون مورد توجه بسیاری از محققین و مراکز تحقیقاتی و صنعتی در جهان امروز واقع شده است.

نانو فناوری یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست که در جهت بررسی اصول و قوانین حاکم بین مولکولها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر گام بر می دارد. نانو تکنولوژی یک علم چند رشته ای است و برای درک مفاهیم و اصول بنیادین و قوانین حاکم در دنیای نانو تقریبا به تمام علوم نیاز است. نانو مواد (موادی که حداقل در یک بعد دارای اندازه ای در حد نانومتر هستند) از نظر عمومی به دو دسته تقسیم بندی می گردند ;مواد نانوساختار و نانوذرات . نانوذره به ذره ای گفته می شود که ابعادی بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشد که پرکابردترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند.

ترکیب ساینده پایه سریم برای سایش کردن با بازدهی بالا و سریع روی سطح شیشه های معدنی،لنزهای اپتیکی پلاستیکی وصفحات پلاستیکی سازگاری خوبی دارد. پولیش شیشه های آلی کاملا حساس و متفاوت است. توجه روی این حقیقت است که آنها نرم و شکننده، و در برابر خراش خیلی حساس اند.صیقل دادن نا کافی منجر به خراشهای ریز و صیقل بسیار ساینده موجب خراش درشت و کدر شدن شیشه می شود. در این تحقیق هدف ساخت یک صیقل دهنده ی مناسب جهت پولیش کردن شیشه می باشد. اگر بتوان ذرات ریز نانو سیلیس و کاربید سیلسیم را در کنار CeO₂و پیوند دهنده های مناسب( که از بافت سیمان های سرامیکی باشند) قرار داد و یک صیقل دهنده ظریفی ساخت که بتواند شیشه ها را صیقل کند آنگاه یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی در صنعت سرامیک مورد بررسی قرارگرفته است.

اگر چه ترکیباتی قبلا برای صیقل کاری شیشه ساخته شده است اما استفاده از نانو ذرات سیلیس و ذرات کاربید سیلسیم در صیقل دهنده های شیشه بر پایه اکسید سریم کاملا جدید است. مطالعه پیوند دهنده های مناسب که بتوانند SiO₂و SiC و CeO₂را در کنار یکدیگر نگه دارد و عمل صیقل کاری را پیش برد ، از جنبه های نو آوری نیز برخوردار می باشد.

در فصل دوم مروری بر مطالعات انجام شده در مورد علم نانو، کامپوزیت ها و همچنین مطالعاتی که تا کنون بر روی خواص SiC، SiO₂، CeO₂و صیقل کاری شیشه صورت گرفته است، ذکر شده است.

در فصل سوم ابتدا با مشخصات مواد اولیه و تجهیزات مورد استفاده در این تحقیق آشنا شده و سپس روش تحقیقی که شامل آماده سازی مواد اولیه، بررسی و آنالیز نمونه های تهیه شده و بررسی خواص مکانیکی نمونه ها می باشد، ذکر می گردد.

در فصل چهارم نتایج مربوط به پخت نمونه ها، نوع فازها و ریزساختار نمونه ها و دمای نهایی فرآیند و همچنین نتایج مربوط به آنالیز فازی و ریزساختاری نمونه های آزمایش شده و خواص مکانیکی آنها ارائه شده و مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

فصل دوم: مروری بر تئوری ها و تحقیقات انجام شده

1-2- مقدمه

میلیون ها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ساخته می شوند. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهایی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز گزارش نشده است. فناوری نانو کاربردهایی را به عرصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهایی را در جامعه بر جا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است[1].

فناوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فناوری های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می شود[2]. نانو فناوری، ساخت مواد، قطعات و سامانه های مفید در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید حاصل از آن مقیاس است. به عبارت دیگر نانوفناوری یک فناوری نوظهور شامل کلیه فعالیت ها با توانایی کنترل درتک اتم ها و مولکولها برای ساخت مواد و وسایل جدید با خواص مطلوب است[3]. معمولاً منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود یک تا 100 نانومتر می باشد[1]. نانومتر واحد طولی برابر یک میلیاردم متر است. این اندازه تقریباً چهار برابر قطر یک اتم منفرد است. یک مکعب با طول وجه 5/2 نانومتردرحدود 1000 اتم را در خود جای می دهد[3]. مفهوم فناوری نانو به دارندهجایزه نوبل،ریچارد فینمن نسبت داده شده است، در یک سخنرانی که وی در سال 1959 ارائه نمود[4]. در این رپچارد فینمن طی یک سخنرانی با عنوان (فضای زیادی در سطوح پائین وجود دارد) ایده فناوری نانو را مطرح ساخت[2]. ودر سال 1960 منتشر شد[4]. او اینطور بیان نمود که : (( اصول فیزیک،تا آنجایی که من می توانم ببینم، امکان جابجایی ماهرانه اتم به اتم اشیاء را فراهم می سازد و من آن را رد نمی کنم.)).

واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می باشد، بکار برد[2و5]. بینیگ و رهرر نظریات درکسلر را به طریقه عملی توسعه دادند. در سال 1981 آنها اولین افرادی بودند که توانستند اتمها را ببینند و از اینجا بود که نانوتکنولوژی ممکن شد. دانشمندان خیلی زود توانستند اتمها را به طور منظم بر روی یکدیگر سوار کنند تا ساختارهای در مقیاس نانو را بسازند[6]. در سال 1986 واژه فناوری نانو توسط کی اریک دکسلر، در کتابی تحت عنوان (موتور آفرینش آغاز دوران فناوری نانو) باز آفرینی و تعریف مجدد شد.